以太網(wǎng)供電和智能建筑：第 1 部分

以太網(wǎng)供電 (PoE) 顧名思義：它通過用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐桓娎|為小型設(shè)備提供足夠的電力。該技術(shù)廣泛用于智能建筑中，由于所涉及的電壓較低，正常的電源安全規(guī)則不適用。這突出了 PoE 具有吸引力的原因之一；它可以顯著降低與安裝和合規(guī)性相關(guān)的成本。

由于許多辦公樓已經(jīng)在整個結(jié)構(gòu)中連接了以太網(wǎng)，并且安裝了電池供電的不間斷電源 (UPS)，因此可以輕松實(shí)施強(qiáng)大的系統(tǒng)。追溯添加 PoE 設(shè)備可以利用已部署的相同電纜，還可以為照明和安全攝像頭等應(yīng)用供電。電力可以通過以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)骄嚯x支持 PoE 的以太網(wǎng)設(shè)備最遠(yuǎn) 100 米的設(shè)備。

使用 PoE 為智能建筑供電的好處

采用 PoE 的明顯好處之一是它使直流電源能夠在您現(xiàn)有的以太網(wǎng)中運(yùn)行。雖然您仍然需要使用支持 PoE 的端口更新網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，但與不必為受電設(shè)備運(yùn)行額外的銅線相關(guān)的成本優(yōu)勢可能非常顯著。銅價從 2000 年的每磅 0.65 美元上漲到 2021 年的每磅 4.05 美元（來源：macrotrends）。此外，通過不在受電設(shè)備上實(shí)施 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)一步節(jié)省成本。

在定位受電設(shè)備時，PoE 還提供了更大的靈活性。大多數(shù)交流電源插座都靠近地板，這不是 Wi-FI ?接入點(diǎn) (AP)、毫微微蜂窩和微微蜂窩以及攝像機(jī)的理想位置。為了最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍，建議避免將這些設(shè)備放置在障礙物附近，這意味著它們最好放置在天花板高度。與市電網(wǎng)絡(luò)不同，以太網(wǎng)電纜通常穿過吊頂形成的空隙，從而消除了采用的另一個障礙。

PoE 將電源和數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，可實(shí)現(xiàn)對各種應(yīng)用的智能 24/7 監(jiān)控和控制，包括照明、安全攝像頭和數(shù)字標(biāo)牌。配備電池供電的不間斷電源系統(tǒng) (UPS) 的集中式 PoE 網(wǎng)絡(luò)可確保關(guān)鍵設(shè)備在停電期間持續(xù)運(yùn)行。?

智能樓宇應(yīng)用和 PoE 標(biāo)準(zhǔn)

最初的 PoE 標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.3af) 于 2003 年獲得批準(zhǔn)，可提供高達(dá) 15 瓦的功率。它被廣泛用于 IP 電話、樓宇訪問控制等應(yīng)用，并為早期分布式 Wi-Fi 接入點(diǎn)供電。該標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)修訂版，包括 IEEE 802.3at (30 W / 2009) 和 IEEE 802.3bt (90 W / 2018)，增加了提供的功率以支持更苛刻的應(yīng)用，例如更快的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)、安全攝像頭、音頻揚(yáng)聲器、銷售點(diǎn) (POS)、LED 照明等。

圖 2：PoE 標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用

PoE 拓?fù)?/p>

圖 3 說明了典型的 PoE 拓?fù)?。PoE 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)稱為供電設(shè)備 (PSE)，它為客戶端提供直流電源，稱為受電設(shè)備 (PD)。該規(guī)范規(guī)定 PSE 應(yīng)能夠通過最長 100 米的以太網(wǎng)電纜（通常為 CAT5/6）向 PD 供電。

圖 3：典型的 PoE 拓?fù)洌▉碓矗阂蕴W(wǎng)聯(lián)盟）

由于以太網(wǎng)電纜最長可達(dá) 100 米，因此在此距離上會有一些耗散，因此在最壞的情況下，到達(dá) PD 的功率低于 PSE 提供的功率。在規(guī)范中，802.3af 為 13 瓦，802.3at 為 25.5 W，802.3bt 為 71.3 W。對于“bt”標(biāo)準(zhǔn)，PD 處的直流電壓范圍為 42 到 57 伏 [RB2]。輸入端不支持 PoE 的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍可連接并使用 PoE 分配器，以分離數(shù)據(jù)和直流電源。這也可以減少對 AC/DC 轉(zhuǎn)換器和靠近 AC 插座的設(shè)備的需求。

PoE 供電 PTZ 攝像機(jī)

當(dāng)今的安全系統(tǒng)通常使用帶有小型電機(jī)的攝像機(jī)，使它們能夠在三軸或平移、傾斜和變焦 (PTZ) 中移動，并且通常配備高清數(shù)碼攝像機(jī)。這些攝像機(jī)可以通過有線連接（例如以太網(wǎng)）進(jìn)行手動控制，或者通過編程在定義的感興趣窗口或整個視野中檢測到物體時自動移動和縮放。一些相機(jī)還可以配置為通過不斷執(zhí)行 0° 到 360° 平移和 0° 到 180° 傾斜來調(diào)查場景，而變焦可以使用光學(xué)或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在可以使用基于 IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)的 PoE 為這些安全和監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供所需的電力。??

PoE 供電的無線網(wǎng)絡(luò)

Wi-Fi 接入點(diǎn)和路由器也是 PoE 的常見應(yīng)用。兩者的功耗通常是速度和支持的流數(shù)量的函數(shù)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)使用 MIMO（多輸入多輸出）等技術(shù)來擴(kuò)大范圍和吞吐量。實(shí)現(xiàn)支持 Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) 速度的 AP/路由器應(yīng)用程序?qū)⒂成涞?PoE 標(biāo)準(zhǔn)，如下所示：

1. Wi-Fi 6，4×4雙頻并發(fā)：802.3at

2. Wi-Fi 6, 8×8 雙頻并發(fā)：802.3at/bt

3. Wi-Fi 6, 4×4 三頻并發(fā)：802.3at/bt

盡管 Wi-Fi 路由器/AP 配有 AC/DC 電源，但它們也可以使用 PoE 分配器供電。相比之下，Cisco Meraki TM MR56 Wi-Fi 6（802.11ax，8 流）接入點(diǎn)等產(chǎn)品現(xiàn)在支持 802.3at，這意味著 RJ45 端口可以直接連接到支持 PoE 的 PSE 交換機(jī)來為設(shè)備供電。

PoE 供電的微微蜂窩和毫微微蜂窩

微微蜂窩和毫微微蜂窩用于擴(kuò)展或增加蜂窩覆蓋，特別是在建筑物、辦公室、購物中心和體育場等繁忙區(qū)域。與常規(guī)蜂窩不同，微微蜂窩的范圍通常很小，約為 200 米或更小，而毫微微蜂窩的范圍可能低至 10 米。這些微型設(shè)備是 PoE 的理想選擇，如下面的一個示例所示：

1. Apex TM 4G/LTE 3.5GHz 室外微微蜂窩 (35W)：802.3bt

PoE 供電數(shù)字標(biāo)牌

LED 電視是一種非常有效的交流方式。它們可以在各種領(lǐng)域展示定制的動態(tài)數(shù)字標(biāo)牌，包括企業(yè)辦公空間、智能零售、酒店和政府直轄市。與 Wi-Fi 一樣，數(shù)字標(biāo)牌的好壞取決于其位置。例如，較大的屏幕通常懸掛在天花板上，以便人群可以輕松查看內(nèi)容。相比之下，智能信息亭或銷售點(diǎn) (PoS) 應(yīng)用程序利用較小的屏幕——一些帶有觸摸屏的應(yīng)用程序可提供更加個性化的交互式用戶體驗(yàn)。

LED電視功耗變化很大。下面列出的三星? 55 英寸 LED 電視指定 69 W 的典型功耗，而另一個相同尺寸和制造商的要求 120 W。確保 LED 電視功率不超過 PD 功率很重要。使用 802.bt 標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù) PSE 和 LED 電視 (PD) 之間的以太網(wǎng)電纜長度，這可以在 90 W 到 71.3 W 的范圍內(nèi)。?

市場上還提供多種帶 PoE 的標(biāo)牌電視?？纯?LED 電視制造商是否開始將 802.bt 集成到他們更大的 LED 電視中，以適應(yīng)不斷增長的數(shù)字標(biāo)牌市場，這將會很有趣。

1. 55 英寸，三星 4K LED 電視 (#Q70T) 69W（典型值）：802.3bt（需要 PoE 分配器） ????????

2. Thinlabs, Inc 的 46 英寸高清帶觸摸屏：802.3bt（不需要 PoE 分配器） ?

3. 10 英寸，三星數(shù)字標(biāo)牌 (DB10E-TPOE) 802.3at（不需要 PoE 分配器）

4. 48”, 三星數(shù)字標(biāo)牌 (DH48E) 44W (typ) 802.3bt（需要 PoE 分配器）

5. 40 英寸，三星數(shù)字標(biāo)牌 (H40B) 44W（典型值）802.3bt（需要 PoE 分配器）

6. 16” medTV ? PDI-P16TV-GB2-P電視（25W）的802.3at供電（PoE分配器不是必需的）

PoE 智能互聯(lián)照明

PoE 和 LED 照明是天作之合，因?yàn)?LED 消耗直流電源，而 PoE 提供直流電源。這使您可以在使用 PoE 為 LED 供電時消除 AC 到 DC 電源轉(zhuǎn)換的成本。

PoE 如何增強(qiáng)智能建筑的一個很好的例子是安森美半導(dǎo)體?互聯(lián)照明平臺（圖 4）。該平臺基于模塊化設(shè)計(jì)，能夠?yàn)閮纱?16 個 LED 提供 7,000 流明，由雙 FL7760 LED 驅(qū)動器驅(qū)動?；?NCP1096 802.3bt 控制器的 PoE 模塊可為 LED 驅(qū)動器模塊提供高達(dá) 90 瓦的直流電源。同時，LED 驅(qū)動器模塊上還有第二個連接器，它接受 RSL10 藍(lán)牙? 5 無線電以無線連接到智能手機(jī)網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)云連接?，F(xiàn)在是智能照明。

圖 4：帶有 PoE 模塊的互聯(lián)照明平臺

PoE 供電的商務(wù)電話 (VoIP)

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語音 (VoIP) 可能是 PoE 最常見的應(yīng)用。VoIP 使用以太網(wǎng)協(xié)議在廣域網(wǎng)上將低頻模擬語音信號數(shù)字化為數(shù)據(jù)包。從那里，它將通過交換機(jī)和路由器進(jìn)入云，到達(dá)目的地。VoIP 僅消耗 4 到 7 瓦特，因此與 802.3af PoE 標(biāo)準(zhǔn)非常兼容。配備 RJ45 連接器的現(xiàn)代 VoIP 電話旨在通過以太網(wǎng)電纜接收數(shù)據(jù)和電源，因此不需要外部 PoE 分配器。?

結(jié)論

通過同一根電纜提供電力和數(shù)據(jù)連接的便利性令人信服；我們只需要看看 USB 如何成為許多消費(fèi)設(shè)備無處不在的電源。商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的 PoE 也是如此。它通過針對可以直接受益于它帶來的簡單性的應(yīng)用，推進(jìn)了單電纜解決方案的概念。

憑借在數(shù)字通信和電源管理方面的成熟專業(yè)知識，安森美半導(dǎo)體非常適合提供 PoE 解決方案。隨著越來越多的制造商發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢，最終用戶將開始要求 PoE?，F(xiàn)在是開始過渡到更智能的集成電源/數(shù)據(jù)組合的時候了。?

所有商標(biāo)均為其各自所有者的財(cái)產(chǎn)。ON Semiconductor 是 Semiconductor Components Industries, LLC dba ON Semiconductor 或其子公司在美國和/或其他國家/地區(qū)的商標(biāo)。Wi-Fi 是 Wi-Fi Alliance? 的注冊商標(biāo)。Cisco Meraki 是 Cisco Systems, Inc. 和/或其附屬公司在美國和某些其他國家/地區(qū)的商標(biāo)。Apex 是 Casa Systems, Inc. 的商標(biāo)。Samsung 是 Samsung Electronics Co., Ltd. 的商標(biāo)。medTV 是 PDi Communication Systems, Inc. 的注冊商標(biāo)。Bluetooth 文字標(biāo)記和徽標(biāo)是 Bluetooth SIG, Inc. 的注冊商標(biāo)。

審核編輯 黃昊宇